第四代中置辊破篦冷机在水泥生产线改造项目的应用实践

  自上世纪末，我国新型干法水泥预热预分解技术趋于成熟，水泥装备也迎来国产化替代的高峰期。水泥熟料冷却机承担着熟料冷却、余热回收以及为烧成系统燃料燃烧提供热空气的任务，是水泥熟料烧成系统的关键设备。随着水泥烧成技术和装备的进步，熟料冷却机经历从回转式、振动式到推动式冷却机的演变。几十年来，国内各大水泥设计院经过对国外装备技术的消化、吸收纷纷研发出较为成熟的第三代国产篦冷机，并在之后较长的时期内在新建水泥熟料生产线年后，我国水泥装备技术逐步提升，第三代篦冷机又逐渐被更先进的第四代篦冷机所替代。但是目前为止，国内水泥熟料生产线还有将近一半使用的还是第三代篦冷机。

  进入21世纪，我国环保要求逐年提高。2020年，国家推出“碳达峰、碳中和”战略，对水泥熟料能耗指标提出进一步的要求。近年来，我国的水泥产能严重超过标准，2022年国内水泥产能利用率不足50%。这一些因素都压缩了国内各大水泥企业的利润。为适应市场环境，逐步降低成本，各大水泥企业纷纷对现有水泥生产线进行节能、降耗改造。

  2004年，江苏某水泥厂建成多条5000t/d熟料生产线。多年来各生产线运行基本良好，产量基本保持在6200~6600t/d,但是窑系统产量也无法再进一步提高。

  (1)根据设计院的设计，采用的是篦床面积139.8m 第三代篦冷机，生产线t/d。随着熟料产量提高，篦冷机两侧的“红河”现场较为显著，出篦冷机的熟料温度长期偏高。夏天时，熟料温度可达150~200℃,熟料的立升重也明显偏低，28d强度仅为56MPa左右。

  (2)第三代篦冷机固定床坡度15°,一段床坡度3°,在运行过程中，要求料层厚度须控制在550mm左右；二段床坡度3°,三段床斜度0°,要求料层厚度须控制在400mm左右。由于料层厚度都比较薄，单位质量熟料需要的冷却空气量较大，熟料的冷却时间也相对较短，这导致二、三次风温偏低。

  (3)由于第三代篦冷机定篦床急冷效果差，存在“堆雪人”风险。在各生产线运行期间，多次发生因为“堆雪人”而停窑的事故，给企业造成较大的经济损失。为此水泥厂后期给各篦冷机头部都增加了推料装置。

  (4)由于第三代篦冷机经常会出现活动篦板与盲板间间隙过大、盲板与活动篦板的损坏或栅条受热变形等问题，篦床漏料较多，且多为粉状熟料，拉链机地坑里粉尘污染比较严重。

  (5)第三代篦冷机篦板磨损比较厉害，一段篦板因磨损严重需每年更换一次，二、三段篦板平均约每两年更换一次，维修成本高，维修工作量较大。

  中材智科开发的第四代篦冷机与第三代篦冷机相比，有明显的技术优势，具体如下：

  (1)第四代篦冷机固定篦床继续采用马蹄口设计，坡度降低至10°,布料均匀，增加料层厚度。第四代篦冷机优化固定篦床供风，采用风阀控制分区供风，提高了篦冷机前端熟料的急冷效果。第四代篦冷机后段床水平布置，采用多孔板冷却形式，使熟料冷却更加均匀，料层厚度维持在800mm左右，整体比第三代篦冷机厚，不但可以减少前端“堆雪人”现象，减少单位质量熟料用风量，还能提高二、三次风温。

  (2)第四代中置辊破篦冷机，在篦冷机中部位置布置辊式破碎机，将大块熟料破碎成≤25mm的熟料颗粒后继续冷却，进一步提升冷却效率。辊式破碎机还采用多通道通风冷却、自动过载保护及反转防卡料等技术，提高破碎效率的同时保持设备稳定性。

  (3)第四代篦冷机列向单元之间采用迷宫式密封，正常工况下可实现整个篦床不漏料。此外，采用位移传感器控制原理，实现闭环智能运行，每列篦床实际速度及行程由程序自动独立控制并实时调整，达到优化冷却和减少“红河”的目的。

  (4)第四代篦冷机采用标准化模块设计，降低设计、安装周期，部件互换性好，安装快，维修简单；采用新型“太空舱”检修门设计，满足在线检修，无需停篦床，无需停风机。

  自2018年以来，中国经济的深化转型和房地产行业不景气，公司竞争日益加剧。为了节能降耗，增加企业竞争力，江苏某水泥厂拟将一条5000t/d生产线t/d,计划进行一系列升级改造，具体在篦冷机部分的改造为将现有第三代篦冷机整体更换为有效冷却面积182.9m 的第四代中置辊破篦冷机，改造前后篦冷机主要技术参数对比见表1。

  (1)将现有第三代冷却机本体(含破碎机)及液压系统、冷却风机等拆除，仅保留现有冷却机的底座并做改造；安装新的第四代中置辊破篦冷机及其配套液压系统和电气设备、冷却风机等，改造后布置见图1,改造后第四代冷却机的风机配置参数见表2。

  (2)拆除现有窑头排风机，仅保留现有基础并做改造，安装新的窑头排风机。排风机采用变频调速，并要求在实际运行工况参数下风机转速保持在额定转速85%~90%范围内，效率不能低于83%。

  江苏某水泥厂一条5000t/d生产线烧成系统改造充分的利用该生产线停窑检修时间，改造时间在47d左右。改造后，该生产线一次性点火投料成功，投产后，整体运行稳定。本次改造结合该生产线的其他配套改造，显著改善生产线的各项指标，经过一段时间的运行统计数据如下：

  (1)系统改造前生产线t/h左右，按照生料实际料耗系数1.54折算，熟料产量为6421t/d;技改后，入窑生料喂料量为485t/h左右，折算熟料产量为7558t/d。

  (2)改造后，二、三次风温明显升高，其中二次风温由1156℃升高至1236℃,三次风温由1073℃升高至1132℃。由于二、三次风温的提高，单位体积热风带入窑系统的热量增加，从而使窑内用煤量略有减少，在保持相同过剩空气系数的前提下，相应减少了煤粉燃烧需要的二、三次风量。

  (3)通过热平衡理论计算，单位熟料生产煤耗为约103kgce/t,单位熟料生产能耗为106kgce/t,比改造前热耗减少约93.49kJ/kg,折合标准煤耗3.2kg/t。

  (4)改造后，出篦冷机的熟料温度基本保持在95℃以下，未观察到出现红心料，熟料的28d强度也有所改善。同时，本次改造在篦冷机下料口处增加一台风量13390m /h的收尘器及风机，消除地坑内的粉尘污染，有效改善坑道内的环境。

  目前，国内有将近一半的新型干法水泥熟料生产线使用的是第三代篦冷机。采用第四代篦冷机技术替代第三代篦冷机已是当前水泥行业的趋势。从本项目的实践来看，将第三代篦冷机改造为第四代篦冷机能够更好的起到提高生产效率、降低能耗、降低维护成本的效果。

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